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在襯底溫度、壓力和紫外暴露等不同工藝條件下，在200?C下使用紫外增強(qiáng)O2GPC去除聚乙EG的實(shí)驗(yàn)，通過在200?C的襯底溫度下，在150秒內(nèi)去除約200nm厚度的PEG薄膜，證實(shí)了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進(jìn)行有機(jī)去除的可能性，在襯底溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的紫外/o2GPC中，聚乙二醇去除率的顯著增加可以用表面波的形成來解釋，可以通過考慮氣相和有機(jī)膜上的紫外能量在襯底之間的分配來理解最佳的壓力條件，本文通過觀察聚PEG薄膜中的光譜和比例(C-O+C=O)/(C-H)，確定了最佳壓力為5Torr。
樣品用丙酮、乙醇和去離子水在聲速浴中分別預(yù)清洗10min，然后用氮?dú)獯抵聘稍?。?wt%的固態(tài)聚乙二醇溶解在乙腈溶劑中，制備了聚乙二醇（聚乙二醇，平均分子量為20萬）溶液，用2000RPM的轉(zhuǎn)速涂覆170nm厚的薄膜30秒，然后在100?C下烘烤15min，將4英寸、p型、（100）導(dǎo)向(RS=22～38Ω-cm)的硅片切成2×2cm2的碎片，安裝在UVGPC系統(tǒng)的樣品架上，GPC實(shí)驗(yàn)在一個配有紫外燈的負(fù)載鎖定反應(yīng)器中進(jìn)行，以暴露反應(yīng)氣體和底物，該儀器的示意圖如圖所示1。
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圖1
用于在不同的清洗時間、壓力和襯底溫度下去除PEG的UV/o2GPC，波長為254nm和185nm的紫外燈功率分別固定在40～50mW/cm2和2.9～3.6mW/cm2m，距離為2.5mW/cm2，清洗實(shí)驗(yàn)前后用α-step譜儀測定聚EG薄膜的厚度，計算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的蝕刻速率，采用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀(MB154)分析了UV-GPC處理前后化學(xué)鍵態(tài)的定量/定性變化，
為了區(qū)分聚乙二醇的光解和熱解，我們在室溫至600?C的加熱溫度為10?C/min時，采用熱重分析(TGA)檢測了聚乙二醇的熱分解。圖4為聚乙二醇的TGA曲線，m/w = 200,000)。由于聚乙二醇具有簡單的線性鏈鍵結(jié)構(gòu)，主鏈中-C-O-為66%，-C-C-為33%，鍵能在82～83千卡/摩爾之間，熱解離通過COXHY、H2和水的形成發(fā)生在一個狹窄的溫度范圍內(nèi)，利用UV/o2GPC獲得無碳硅表面的襯底溫度被限制在200?C，PEG沒有明顯發(fā)生熱解離如圖所示4。
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圖4
采用FTIR光譜法分析紫外/o2GPC后在不同襯底溫度、壓力和處理時間后剩余的PEG薄膜，隨著襯底溫度升高到200?C，大約是PEG薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的三倍，幾乎所有的PEG薄膜在150秒內(nèi)被去除，只剩下一個微小的C-O拉伸峰，通過光學(xué)顯微鏡檢查，以發(fā)現(xiàn)在襯底溫度為200下去除率大幅增加的原因，結(jié)果在襯底溫度為200的情況下，進(jìn)行短時間的紫外/o2處理后，發(fā)現(xiàn)一些表面波停留在PEG薄膜的表面。
因此，我們假設(shè)表面波是由于高襯底溫度下薄膜遷移率的增加而引起的，并對UV/o2GPC引起的PEG去除速率的加速有深遠(yuǎn)的影響，我們現(xiàn)在正在研究在聚乙二醇薄膜上產(chǎn)生表面波的機(jī)制以及這些波在聚乙二醇去除過程中的作用。隨著壓力的增加，氣相中氧分子數(shù)量的增加減少了活性氧原子和分子的平均能量通過增加轟炸激活物種和滅活氧分子和增加紫外線輻射和PEG薄膜之間的屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致低程度的膜解離，這可以用比爾-蘭伯特定律來解釋。結(jié)果表明，活性氧的平均能量會降低，活化氧的濃度會增加。
在襯底溫度、壓力、紫外暴露等不同的工藝參數(shù)下，在200?C以下的低襯底溫度下，使用紫外光增強(qiáng)的o2GPC去除PEG的實(shí)驗(yàn)。通過在200?C的襯底溫度下，在150秒內(nèi)去除厚度約為200nm的PEG薄膜，證實(shí)了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進(jìn)行有機(jī)去除的可能性。在紫外/o2GPC中，隨著襯底溫度的升高，聚乙二醇表面波的形成加速了去除速率。在襯底溫度高于PEG膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時形成的表面波，通過提高小揮發(fā)性分子的傳質(zhì)速率和表面解吸以及抑制自重組速率，大大提高了有機(jī)膜的去除率。孵育時間來自于通過紫外線暴露的表面熔化和聚合物材料與氧化劑的表面反應(yīng)來建立穩(wěn)態(tài)表面反應(yīng)區(qū)所需的時間。